③ 发热严重,要求较高的场合需要安装散热器 。④ 静态电流较大,一般在mA级 。⑤ 需要外接容量较大的低频滤波电容,增大了电源的体积 。普通线性稳压器价格低,静态电流大,效率较低,最小输入/输出电压差较大,只能用于降压且对电源效率和体积没有严格要求的场合,如充电器、实验仪器等 。1.1.2低压差线性稳压器低压差线性稳压器的工作原理与普通线性稳压器的原理完全一样,都是通过控制调整管上的压降变化来稳定输出电压 。
二者的差异在于采用的调整管结构的不同,从而使LDO比普通线性稳压器压差更小,功耗更低 。需要说明的是,实际的线性稳压器还应当具有许多其他的功能,比如负载短路保护、过压关断、过热关断、反接保护等,很多芯片的调整管采用MOSFET 。当用在降压并且输入/输出电压很接近的场合,选用LDO稳压器是一种不错的选择,根据上文线性稳压器效率的分析可知,当输入/输出压差较小时,LDO可以达到较高的效率 。
因此,在把锂离子电池电压转换为3 V输出电压的应用中大多选用LDO稳压器 。虽然电池的能量最后有10%不能使用,LDO稳压器仍然能够保证电池较长的工作时间,同时噪音较低 。此外,LDO具有极高的信噪抑制比,非常适合用做对噪声敏感的小信号处理电路供电 。同时,由于没有开关时大的电流变化所引发的电磁干扰,所以便于设计 。
很多手机、便携式设备等对干扰敏感的设备很多都采用多路输出的LDO用作系统的电源芯片 。1.2开关电源1.2.1电容式开关电源电容式开关电源(即电荷泵)基本工作原理是利用电容的储能的特性,通过可控开关(双极型三极管或者MOSFET等)进行高频开关的动作,将输入的电能储存在电容里,当开关断开时,电能再释放给负载,提供能量 。
其输出的功率或电压的能力与占空比(由开关导通时间与整个开关的周期的比值)有关 。电容式开关电源可以用于升压和降压 。其内部的FET开关阵列以一定方式控制快速电容器的充电和放电,从而使输入电压以一定因数(0.5、2或3)倍增或降低,从而得到所需要的输出电压 。电荷泵的特点有:① 转换效率与输入电压密切相关 。
电荷泵的近似效率计算公式:其中:Vout为输出电压;Vin为输入电压;n为倍率 。由式(3)可以看出,当输出电压和倍率一定时,输入越小,电荷泵的效率越高 。电荷泵效率一般可以达到75%以上 。② 输出电压一般是输入电压的倍数,它能使输入电压升高或降低,也可以用于产生负电压,常见的有±0.5倍压、±1倍压、±1.5倍压、±2倍压、±3倍压 。
当然,一些新型的片子也支持输出电压可调,如MAX1759,输入电压范围是1.6~5.5 V,输出可固定为33 V或在25~55 V内可调,可提供最大100 mA的输出电流 。② 输出电流较小,一般在300 mA以下 。③ 设计简捷,占用印制板面积小,容易使用 。④ 低EMI和输出纹波 。⑤ 价格中等 。
对采用电池供电的便携式电子产品来说,采用电荷泵变换器来获得负电源或倍压电源,不仅仅减少电池的数量、减少产品的体积、重量,而且在减少能耗延长电池寿命等方面起到极大的作用 。在手机和其他的一些通信设备中,常用电荷泵来驱动白光LED用作LCD背光电源 。在电路设计时,常用的电源器件无外乎两种,DC/DC和LDO 。
LDO是一种低压差线性稳压器,或者叫低压降器件,说明它一般用于需要降压的场合,具有成本低,噪音低,静态电流小等优点 。它需要的外接元件也很少,通常只需要一两个旁路电容 。LDO线性稳压器的性能之所以能够达到这个水平,主要原因在于其中的调整管是用P沟道MOSFET 。P沟道MOSFET是电压驱动的,不需要电流,所以大大降低了器件本身消耗的电流 。
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